Ekskluzivno - Novinari "Vremena" u akceleratoru TESLA
Ipak će da se okreće
Posle 18 godina nadanja, sukoba oko smisla života i moderne fizike, rasprava o dostupnim energijama i nedostupnim novčanim sredstvima, desetina propalih strategija i planova, u prvom i jedinom srpskom akceleratoru, velikom ubrzivaču jona, konačno su počele da se ubrzavaju stvari
Sredinom decembra ministri Srbije i Ruske Federacije parafirali su sporazum o klirinškom dugu u iznosu od 288 miliona dolara, kojim je predviđeno da se do januara 2009. godine pet miliona uloži u dovršavanje Akceleratorske instalacije TESLA, koju gradi Laboratorija za fiziku broj 10 na Institutu za nuklearne nauke "Vinča". Uz to, planirano je da u aprilu ove godine započne i realizacija ugovora sa Objedinjenim institutom za nuklearna istraživanja u Dubni u Rusiji, gde će biti izrađeni nedostajući delovi ciklotrona, a od Ministarstva nauke i zaštite životne sredine je zatraženo još 2,5 miliona evra.
U međuvremenu, pokrenut je projekat izgradnje Nacionalnog PET centra (vidi tekst "Mikrokosmos života") gde će tim istraživača iz Laboratorije 10 aktivno učestvovati osvajanjem proizvodnje dugoživećih radionuklida. U ove svrhe Laboratoriji je Ministarstvo obećalo još četiri miliona evra za dovršetak gradnje ciklotrona.
Takođe, isti tim učestvovaće u izgradnji još jednog manjeg ciklotrona koji će biti smešten u okviru Kliničko-bolničkog centra Srbije, dakle izvan kapija slavnog nuklearnog instituta o kome se još od osnivanja 1948. godine neguje slika autistične ustanove. Akceleratorska instalacija, kao njen najveći neuspeli projekat u istoriji, sve do nedavno laicima je izgledala najzatvorenije. U duhu ovih promena, novinari nedeljnika "Vreme" dobili su retku priliku da obiđu ovo, mada nedovršeno, ipak gigantsko naučno postrojenje skoro ni nalik bilo čemu što se može videti u jugoistočnoj Evropi.
KANALI: Iza glavne kapije Instituta gde policajac vrši bezbednosnu proveru posetilaca, put se razdvaja na dve strane. Jedna vodi ka brojnim niskim laboratorijama u dubini kompleksa Instituta, dok put uzbrdo izbija na tri velike betonske hale bez prozora u kojima se nalazi postrojenje TESLA sa ciklotronom, jonskim izvorima i više kanala kojima će u okolne hale putovati ubrzane čestice.
"TESLA je postrojenje za proizvodnju, ubrzavanje i korišćenje jonskih snopova u čiji sastav ulaze tri mašine i više niskoenergijskih i visokoenergijskih eksperimentalnih kanala", kaže za "Vreme" rukovodilac Projekta TESLA dr Nebojša Nešković. Na ovom projektu je zaposleno 69 ljudi, među kojima je polovina istraživača, a drugu polovinu čini tehničko osoblje. Od 1989. godine kad je tadašnja vlada Srbije donela odluku o izgradnji akceleratora, u njega je uloženo 14,9 miliona evra, ali je ovaj projekat još daleko od završetka, pa su najavljeni kanali ulaganja pružili nadu da će se neugodne optužbe sa svih strana i često cinične debate o TESLI najzad završiti.
Nešković objašnjava da ukupna cena nije previsoka niti je novac uzaludno potrošen, navodeći primer akceleratora u Bratislavi čija je izgradnja koštala 140 miliona dolara, a ima iste namene kao i TESLA. "Polaznim konceptom TESLA je definisan kao naučno-medicinsko višenamensko akceleratorsko postrojenje", kaže Nešković, objašnjavajući da će pored fundamentalnih istraživanja u fizici, hemiji i biologiji, TESLA služiti za razvoj tehnologije materijala, ali i za proizvodnju radionuklida i radiofarmaceutika. On se nada da će prva faza nastavka izgradnje akceleratora biti završena do kraja septembra 2008.
IZVORI: Doktor Jožef Čomor iz Laboratorije 10, budući rukovodilac proizvodnje radiofarmaceutika, proveo nas je kroz ceo kompleks akceleratora. Proces proizvodnje radionuklida za PET skener, kao i svaki drugi projekat na ciklotronu, počinjaće s jonskim izvorima. Dve ovakve mašine već su izgrađene i nalaze se u prostranoj sali u koju se ulazi sa prizemnog nivoa upravne zgrade.
Pokazujući jonske izvore nazvane piko-VINIS i mini-VINIS, Čomor je objasnio kako se dobijaju joni koji će kasnije na ciklotronu biti ubrzani i sprovedeni u kanale. Za laike, pomenute mašine na prvi pogled deluju kao metalne kutije jarko žute, plave i crvene boje, sa gomilom cevi koje prolaze duž hale. Čomor objašnjava da plava mašina, piko-VINIS, jakim električnim poljem od plazme proizvodi lake pozitivne i negativne jone vodonikovih izotopa, između ostalih i protone.
Mnogo veća, crvena mašina, mini-VINIS, dobija jone upumpavanjem energije mikrotalasa u plazmu. Čomor objašnjava da je to fuziona mašina koja koristi mikrotalase od 14,5 GHz. Za ovu namenu se koristi stari magnetotron ruske proizvodnje, što je zapravo vrlo jaka mikrotalasna pećnica, a izgleda kao veliki rogobatni orman sa puno žica. Za razliku od plave, crvena mašina proizvodi teže jone. Sistemom magnetnih polja, ovi joni se sprovode kroz nekoliko metara duge transportne linije, zapravo cevi okružene najrazličitijim uređajima, a na čijem kraju se nalazi komora za bombardovanje mete. Ovaj kanal služi za istraživanja u fizici materijala. Prema rečima Jožefa Čomora, crvena mašina neće biti korišćena kao izvor jona za ciklotron pošto ne može da se prenese ispod njega, a tehnologija je u međuvremenu napredovala, pa je zbog veće isplativosti planirana izgradnja trećeg jonskog izvora nano-VINIS, čija je boja za sada nepoznata.
CENTAR LAVIRINTA: Iz prostorije sa jonskim izvorima, kroz niska vrata na vrhu žutih stepenica ulazi se u najveću halu kroz koju se grana čitav niz tunela omeđenih armiranim betonskim zidovima debljine od 1,5 do 2,5 metara. Ove odeljke razdvajaju vrata mase pet tona. U središtu celog lavirinta, u svojevrsnom betonskom bunkeru na dva nivoa nalazi se glavna mašina akceleratorske instalacije – ciklotron VINSI. Ova ogromna metalna četvrtasta skalamerija žute boje bila je ogoljena pošto se u njoj trenutno vrši mapiranje magnetnog polja. Tako se moglo videti da se u njenom središtu nalaze dva velika magneta pomoću kojih se ubrzavaju joni.
Joni će se iz izvora u ciklotron uvoditi odozdo, iz prostorije na nižem nivou u koju će biti premešteni pomenuti raznobojni jonski izvori. U ovom podzemnom bunkeru, okovanom armiranim betonom, tehničari na skelama trenutno povezuju složena električna kola. Sve to podseća na sofisticiranu automehaničarsku radnju, samo što se iz kanala ne popravlja stajni trap automobila, već dno ciklotrona. Čomor pokazuje otvor na ciklotronu kroz koji će iz jonskih izvora ulaziti protoni, a put dalje vodi u salu gde se nalaze stabilizatori i ispravljači, dvadesetak uređaja prosečne ljudske visine koji omogućuju da struja za ciklotron ne fluktiura više od 0,1 odsto.
Joni u ciklotronu će se ubrzavati kroz uzastopne rotacije u magnetnom polju. Protoni će moći da se ubrzaju do energija od 65 MeV. Najprovokativnija tema starih rasprava o akceleratoru bila je upravo ova energija, budući da mnogi fizičari smatraju da je to premalo u odnosu na energije koje su danas dostupne na akceleratorima u svetu, kao na primer, čuvenog kolajdera LHC u CERN-u kod Ženeve, koji se otvara ove godine i koji će ubrzavati protone na energiju od 14 TeV, što je gotovo milion puta više od energija dostupnih u Vinči.
Laboratorija 10, kako navode naši sagovornici, ne pokušava da se takmiči sa takvim, zapravo najvećim postrojenjem koje je podignuto u istoriji čovečanstva. Maksimalne energije ciklotrona su dovoljne za protonsku terapiju, dok će se za proizvodnju radionuklida koristiti protoni ubrzani samo do 15 MeV. To će se postizati tako što će se ubrzani protoni sprovoditi kroz sistem kanala i dovoditi do meta.
VRUĆE ĆELIJE: Protoni putuju kroz kanal i stižu u betonski bukner zaštićen zidom od 2,5 metara, gde udaraju u mete. U ovim "vrućim ćelijama" nastaju dugoživući radionuklidi. U Vinči će se proizvoditi radionuklid jod-124, koji je potreban za rad PET centra, kao i jod-123 koji će se koristiti za gama kamere kakve već postoje u mnogim klinikama u Srbiji. Tako se vrlo redak i skup radionuklid jod-123 može dobiti pri bombardovanju ksenona-124 ubrzanim protonima.
Bunker i vruće ćelije nalaze se na drugom nivou zgrade označene kao H4, što će biti radiofarmaceutska laboratorija. Na nivou iznad i ispod ovog bunkera nalaze se prostorije za testiranje i pakovanje dobijenih uzoraka radionuklida. Trenutno je to veliko gradilište gde radnici postavljaju specijalne ventilatore i zidove bez ivica. Čomor objašnjava da će neke prostorije imati klasu čistoće C, što znači da će se u svakom kubnom metru nalaziti samo 10.000 čestica, dok će ceo pogon iza sanitarnog propusnika imati klasu čistoće D, sa 100.000 čestica po kubnom metru.
Ovako definisani uslovi zahtevaju različit vazdušni pritisak, kao i neprestanu brigu o sterilnosti i čistoći. U prostorijama sa pokretnim vratima i glatkim zidovima, radionuklidi će se spremati za transport, a od svake pošiljke će se odvajati jedan uzorak. On će biti testiran u H4 laboratoriji dok se ostatak pošiljke isporučuje do kliničkog centra. Čomor kaže da ispravnost uzoraka mora biti 100 odsto, pošto će se oni odmah posle transporta unositi u krvotok pacijenta.
CEPANJE: Predviđeno je da čitav kompleks radi neprekidno, a pritom precizno i u stalnoj koordinaciji sa medicinskim ustanovama. Naravno, ostaje pitanje da li će sredstva koja su ovog puta obećana Laboratoriji 10 zaista biti pravovremeno isplaćena i dovoljna da se radovi privedu kraju. Iskustvo pokazuje da još uvek ima razloga za sumnju. Institut u Vinči je u pet decenija svog postojanja prošao kroz svakojake spletke, zablude i izneverena očekivanja, gde cepanje nije bilo prisutno samo u jezgrima radioaktivnih izotopa, već i među ljudima, laboratorijama i stavovima o budućnosti, možda kao najbolja slika države koja ga je gradila.
Posle Drugog svetskog rata Institut je podigao naš slavni naučnik Pavle Savić, stvarajući ustanovu koja je pokrenula domaću nauku, ali koja je u potonjim decenijama uvek bila povod za maštanje o izgradnji jugoslovenske nuklearne bombe, za političke pretnje i svakojake besmislene planove. U godinama posle bombe, Institut, pored drugih istraživanja postaje deo brzog i efikasnog sistema za spasavanje ljudskih života. Baš kao i država, "Vinča" danas pokušava da krene drugim putem – od cepanja ka integraciji.
Lov na tumore antimaterijom
Rešavajući jednačinu relativističkih elektrona, slavni fizičar Pol Dirak (1902–1984) još je 1928. godine primetio da uz očekivana, u tom računu dobija i neka čudna negativna rešenja. I mada bi većina ljudi posumnjala u sopstveni račun, Dirak je prilično hrabro zaključio da osim elektrona u univerzumu mogu postojati i pozitroni, dakle da uz čestice postoje i antičestice.
Mada je brzo bilo eksperimentalno potvrđeno, Dirak sigurno nije očekivao da će njegovo otkriće imati primenu do kakve je došlo danas, kao što je inače teško shvatiti da postoje mašine koje otkrivaju maligne tumore pomoću antimaterije. No, zahvaljujući PET skeneru, danas se može spasiti život pacijenta koji je samo nekoliko meseci ranije sumnjao u bilo kakvu antimateriju i slušao o tome kao o ludoriji naučnika u popularnim emisijima.
PET je dubinska tomografija pomoću emisije pozitrona. Sve se zasniva na finoj osobini pojedinih, uvek veštački stvorenih radionuklida da zbog procesa u svojim jezgrima povremeno emituju pozitrone. Budući da u susretu materije i antimaterije dolazi do anihilacije, ovako oslobođeni pozitron se brzo anilihira sa nekim elektronom, ali pritom oslobađa dva gama fotona, što je zapravo svetlost velike energije.
U PET centru se u pacijenta unese radiofarmaceutik kao što je FDG, a posle 30 do 90 minuta, koliko mu je potrebno da stigne do malignog tkiva, gde učestvuje u metaboličkim procesima, pomoću naročitog skenera se snima pozitronsko zračenje, to jest, ona dva gama fotona. Tako se najpreciznije otkriva aktivno tkivo koje nije poželjno u organizmu. To što ovi radionuklidi imaju izuzetno kratko vreme poluraspada nezgodan je logistički problem za lekare, ali je odlično za pacijenta jer u njemu vrlo kratko ostaje radioaktivna supstanca.
Nacionalni PET centar: Mikrokosmos života
Srbija prvi put nabavlja tehnologiju ove vrste, a njeni potencijali, ako se bude u potpunosti realizovao plan entuzijasta koji su pokrenuli projekat, mogli bi da je učine regionalnim centrom nuklearne medicine. Uz to, mogli bi da spasu desetine hiljada ljudi omogućujući im pravovremene i pouzdane terapije, smanjujući neizvesnost i strah
U 110. minutu posle ponoći, desetak laboranata užurbano ispija kafu u podrumskom kafeu pored ciklotrona na Institutu za nuklearne nauke u Vinči. Oni će u tačno dva časa početi složen proces proizvodnje radionuklida jod-124.
U četiri sata, uz užurbanost nalik na ovu u Vinči, u drugom, manjem ciklotronu smeštenom u PET centru, u zgradi iznad beogradske Ulice Kneza Miloša, počinje proizvodnja radionuklida poznatog pod skraćenicom FDG, koji, kao i jod, služi za dijagnostiku malignih tkiva.
Dva sata kasnije pacijent iz Pančeva, oboleo od raka kože, krenuo je ka PET centru, u isto vreme kad su ka njemu krenuli i sveže proizvedeni uzorci joda iz Vinče koji su pažljivo zapakovani i smešteni u posebno obeleženo vozilo.
U osam časova ujutro u PET centru završena je proizvodnja FDG-a, a pacijent iz Pančeva upravo je primio injekciju sa uzorkom joda iz Vinče. Dvadeset minuta kasnije, završena je i proizvodnja FDG-a u PET centru i ubrizgana u krvotok drugog pacijenta, za koga se sumnja da je oboleo od raka debelog creva.
Pošto su nakon sat vremena jod i FDG krvotokom stigli do malignih tkiva, oba pacijenta su snimljena na PET skeneru. Zahvaljujući tome, pacijent iz Pančeva saznaje da terapija koju je počeo da prima pre tri nedelje ne daje dobre rezultate i da će još danas biti zamenjena adekvatnom. Drugi pacijent saznaje da je njegov tumor otkriven na vreme te da su šanse za potpuno izlečenje veoma velike.
Mada liči na akcionu scenu iz sf filma, nije reč o dalekoj budućnosti. Izgradnja nacionalnog PET centra u okviru Kliničkog centra Srbije (KCS), u koji dolaze ovi pacijenti, trebalo bi da započene odmah po završetku tendera koji će, prema nezvaničnim informacijama, biti raspisan za nekoliko dana.
LOV NA ŽARIŠTA: PET centar (Positron Emission Tomography) sastojaće se od dva PET skenera smeštena u drugom podrumu KCS-a i mini ciklotrona, koji će biti izgrađen na slobodnoj livadi pored zgrade KCS-a. Mini ciklotron će proizvoditi FDG, što je skraćenica za F-18-deoksiglukoza. U međuvremenu, planirano je da već postojeći ciklotron u Vinči bude upotrebljen za proizvodnju retkog radionuklida jod-124, koji bi se takođe koristio za rad ovih PET skenera.
Sredstva za realizaciju ovog projekta, obezbeđena još pre devet meseci, iznose šest miliona evra. Budući da razne savremene dijagnostičke tehnologije postaju sve prisutnije u našem zdravstvu, moguće je upitati se da li je ovo ulaganje opravdano. Na to je lako odgovoriti, ali se samo postavljanje ovog pitanja čini neumesno.
Dijagnostika pomoću jednog PET skenera može da spase više hiljada ljudskih života godišnje. Zapravo, u najtežim slučajevima u neurologiji, onkologiji i kardiologiji, PET je jedini način za postavljanje pravovremene i pouzdane dijagnoze. Tako se, na primer, rak dojke PET skenerom otkriva kad je veličina malignog tkiva mnogo manja od jednog milimetra, dakle, nekoliko godina pre nego što je to moguće utvrditi drugim dijagnostičkim metodama.
"PET predstavlja jedan od simbola medicine XXI veka", rekao je za "Vreme" prof. dr Vladimir Obradović, direktor Instituta za nuklearnu medicinu KCS-a i predsednik Posebne radne grupe Ministarstva zdravlja za uvođenje PET-a. "To je jedina tehnika koja omogućava vizuelni prikaz i merenje najsuptilnijih metaboličkih i drugih procesa koji se odvijaju u ćelijama različitih tkiva i organa. To se postiže primenom različitih biološki aktivnih supstanci u čijem su sastavu radiokativni izotopi kao što je jod-124 i FDG (ugljenik-11, azot-13, fluor-18)", kaže Obradović.
Ovi takozvani radiofarmaci po unošenju u organizam pacijenta zadržavaju svoje osobine dok se krvlju prenose u ispitivana tkiva i organe. Ako su oni oboleli, radiofarmaci, učestvujući u određenim ćelijskim procesima, pokazuju svojom aktivnošću žarišta bolesti. Detekcijom zračenja koje emituje radiofarmak unet u telo pacijenta, pomoću PET skenera se dobija vizuelni prikaz procesa na ćelijskom i molekularnom nivou.
Profesor Obradović objašnjava da se na ovaj način može dobiti jasan prikaz živog tumorskog tkiva, procena stepena malignosti, prognoza bolesti, utvrditi osetljivost tumora na pojedina hemioterapijska sredstva, planirati zračna terapija, prikazati različiti aspekti složenog funkcionisanja mozga, dijagnosticirati parkinsonizam, lokalizovati epileptička žarišta i proceniti vitalnost srčanog mišića kod pacijenata sa koronarnom bolešću.
RADOVI U TOKU: Najbliži PET skener nalazi se u Mađarskoj, a u bližoj okolini imaju ga još i Grci i Austrijanci, dok ih u Sjedinjenim Američkim Državama ima na hiljade. U Srbiji se na PET čekalo godinama. Ideju za uvođenje ove tehnologije izneo je akademik Vladimir Bošnjaković, osnivač Instituta za nuklearnu medicinu KCS-a, još sedamdesetih godina.
Profesor Obradović je 1998. godine sačinio projekat formiranja Nacionalnog PET centra, a u kasnijoj fazi i manjih "satelitskih" centara u okviru Instituta za onkologiju u Sremskoj Kamenici, Kliničkog centra Niš i Kliničko-bolničkog centra Kragujevac. "Ministarstvo zdravlja je prepoznalo veliki značaj ovog projekta, a krajem 2005. tadašnji ministar Tomica Milosavljević formirao je radnu grupu sastavljenu od eminentnih stručnjaka i članova Srpske akademije nauka i umetnosti", rekao je Obradović.
U pokretanju PET centra aktivno učestvuje i Laboratorija za fiziku Instituta u Vinči, a predviđeno je da prvi pacijenti budu snimljeni polovinom ove godine. Do sredine 2008, kada se očekuje postavljanje mini ciklotrona u KCS i početak proizvodnje domaćih radiofarmaka, PET skener će koristiti radiofarmake iz uvoza. Planirano je da se u prvom periodu iz Fonda za socijalno osiguranje obezbede sredstva za pregled 3000 pacijenata godišnje, a taj broj će vremenom rasti.
"PET je revolucionarna nova medicinska tehnologija", rekao je za "Vreme" prof. dr Tomica Milosavljević. "Projekat je u toku i očekujem da će ovih dana biti raspisan konkurs za prvu fazu. Obezbedili smo milion evra donacije i tri miliona kredita, a ostatak od dva miliona evra stigao je iz Nacionalnog investicionog plana", objasnio je Milosavljević.
RASPAD U TRANSPORTU: Zbog specifičnosti ove tehnologije, PET skener je daleko od obične kamere za snimanje. Radionuklidi koji se unose u pacijenta i koje skener detektuje su radioaktivni izotopi sa izuzetno kratkim vremenom poluraspada od nekoliko minuta do nekoliko sati. Tako, na primer, FDG koji se vezuje za maligne ćelije ima vreme poluraspada od 110 minuta.
Raspad radionuklida je ozbiljan logistički problem pošto mesto proizvodnje ne sme biti suviše udaljeno od samog uređaja jer bi se prilikom transporta izgubila velika količina ove radioaktivne supstance. Smatra se da je njeno optimalno vreme putovanja manje od dva sata. Ovo je presudno uticalo na odluku da se mini ciklotron za proizvodnju kratkoživećih radionuklida kao što je FDG gradi uz Klinički centar, a da se dugoživući radionuklidi proizvode na ciklotronu u Vinči. U sceni sa početka teksta vidi se samo delić neophodne logistike koja će pratiti PET centar, ispunjavajući uslov precizne koordinacije u vremenu.
"PET skener snima samo funkcionalne karakteristike tkiva, tako da mu je potreban prateći uređaj za morfološke karakteristike. Za ovo se koristi klasičan CT skener (Computed tomography) kakav postoji u većini domaćih klinika. PET pokazuje šta se dešava, a CT gde se taj proces nalazi. To je hibridna mašina, gde je PET značajniji od CT komponente aparata", rekao je za "Vreme" prof. dr Zoran Rakočević, radiolog, član ekspertskog tima za uvođenje PET-a, objašnjavajući da performanse CT-a moraju biti u funkciji PET-a. Ove smernice su deo koncepta "prvo kvalitet, a potom cena", kojim se rukovodi ekspertski tim u prikupljanju ponuda na predstojećem tenderu za nabavku ove medicinske opreme.
Srbija prvi put nabavlja tehnologiju ove vrste, a njeni potencijali, ako se bude u potpunosti realizovao plan entuzijasta koji su pokrenuli ovaj projekat, mogli bi da je učine regionalnim centrom nuklearne medicine. Uz to, mogli bi da spasu desetine hiljada ljudi omogućujući im pravovremene i pouzdane terapije, smanjujući neizvesnost i strah.
